Les atomes pour comprendre les transformations chimiques

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1 Chapitre IV Les atomes pour comprendre les transformations chimiques I] Activité de groupe Pour expliquer, au niveau des molécules, les transformations chimiques, nous arrivons à la conclusion suivante : Les molécules des réactifs se cassent en petites particules appelées atomes, qui s arrangent différemment pour former de nouvelles molécules, celles des produits. II] Atomes et molécules Les atomes et les molécules Pour expliquer, au niveau des molécules, les transformations chimiques, nous avons conclu que les molécules des réactifs se cassaient en petites particules appelées atomes. Ces atomes s arrangent différemment pour former de nouvelles molécules, celles des produits. Les atomes Il existe environ une centaine d atomes différents, chacun est modélisé par des sphères de tailles et de couleurs différentes : le modèle de l atome de carbone est, celui de l atome d hydrogène est et celui de l atome d oxygène est. Chaque atome est représenté par un symbole composé d une lettre majuscule ou de 2 lettres, la 1 ère en majuscule et la seconde en minuscule. Le symbole de l atome de carbone est C, celui de l atome d hydrogène est H et celui de l atome d oxygène est O. Atome Carbone Hydrogène Oxygène Modèle Symbole C H O

2 Les molécules Les molécules les plus petites sont constituées de 2 atomes, comme le dioxygène ou le diazote mais les plus grosses peuvent contenir jusqu à mille atomes, comme les protéines. Une molécule est modélisée par son modèle moléculaire. Une molécule est représentée par sa formule chimique qui regroupe le nombre et les types d atomes présents dans la molécule. Le nombre d atomes s écrit en bas à droite du symbole de l atome. Attention, le nombre 1 ne s écrit jamais! Molécule Dioxygène Eau Modèle moléculaire Formule chimique Atomes présents dans la molécule Dioxyde de carbone Méthane O 2 H 2 O CO 2 CH 4 2 atomes d oxygène 2 atomes d hydrogène et 1 atome d oxygène 1 atome de carbone et 2 atomes d oxygène 1 atome de carbone et 4 atomes d hydrogène Questions 1) La molécule de butane est constituée de 4 atomes de carbone et de 10 atomes d hydrogène. Quelle est sa formule chimique? Sa formule chimique est C 4 H 10. 2) La formule chimique du glucose est C 6 H 12 O 6. Quels sont les noms et les nombres des différents atomes présents dans la molécule de glucose? Une molécule de glucose est constituée de 6 atomes de carbone, 12 atomes d hydrogène et 6 atomes d oxygène.

3 III] Conservation de la masse lors d une transformation chimique TP n 3 : La masse varie-t-elle lors d une transformation chimique? Expériences Acide chlorhydrique Craie M réactifs = 144 g M produits = Dioxyde de carbone 144g Balance 144g Observations et conclusion La masse ne varie pas lors de la transformation chimique entre la craie et l acide chlorhydrique. Cela s explique par la conservation des atomes au cours de cette transformation chimique. Au cours de toutes les transformations chimiques, la masse des réactifs disparus est égale à la masse des produits formés. Les molécules des produits sont constituées des mêmes atomes que les molécules des réactifs.

4 IV] Equation chimique de la combustion du carbone Transformation chimique Réactifs : Le carbone et le dioxygène Produits : Le dioxyde de carbone Réaction chimique Formules des espèces chimiques Carbone + dioxygène dioxyde de carbone C O 2 CO 2 Modèles des espèces chimiques Nombre et nature des atomes 1 atome de carbone et 2 atomes d oxygène 1 atome de carbone et 2 atomes d oxygène Equation chimique C + O 2 CO 2 L équation chimique de la combustion du carbone se lit : «Un atome de carbone et une molécule de dioxygène réagissent pour former une molécule de dioxyde de carbone». Dans toutes les équations chimiques, il y a le même nombre et le même type d atomes dans les molécules de réactifs et celles des produits. Cette équation nous apprend aussi qu il y a toujours autant d atomes de carbone que de molécules de dioxygène qui réagissent ensemble. Ex : Un million de molécules de dioxygène réagiront avec un million d atomes de carbone.

5 V] Equation chimique de la combustion du méthane Transformation chimique Réactifs : Le méthane et le dioxygène Produits : L eau et le dioxyde de carbone Réaction chimique méthane + dioxygène eau + dioxyde de carbone Formules des espèces chimiques Modèles des espèces chimiques Problème Représentation de la réaction chimique à l aide des modèles Nombre et nature des atomes CH 4 O 2 H 2 O CO 2 Il n y a pas le même nombre d atomes dans les molécules des réactifs et des produits atome de carbone 4 atomes d hydrogène 4 atomes d oxygène 1 atome de carbone 4 atomes d hydrogène 4 atomes d oxygène Equation chimique CH O 2 2 H 2 O + CO 2 L équation chimique de la combustion du méthane se lit : «Une molécule de méthane et deux molécules de dioxygène réagissent pour former deux molécules d eau et une molécule de dioxyde de carbone». Le début de l équation CH O 2 nous apprend aussi qu il y a toujours deux fois plus de molécules de dioxygène que de méthane qui réagissent ensemble. De même la fin de l équation 2H 2 O + CO 2 nous apprend qu il se formera toujours deux fois plus de molécules d eau que de dioxyde de carbone. Ex : Un million de molécules de méthane réagiront avec deux millions de molécules de dioxygène. Il se formera alors un million de molécules de dioxyde de carbone et deux millions de molécules d eau.

6 VI] Equilibre d équations chimiques Comment équilibrer les équations chimiques? Equilibrer une équation chimique revient à trouver les valeurs des coefficients devant les formules chimiques des molécules des réactifs et des produits afin d appliquer la règle de conservation des atomes dans une transformation chimique. Pour cela, il faut : Etape n 1 : Ecrire la réaction chimique de la transformation Etape n 2 : Ecrire les formules chimiques des réactifs et des produits Etape n 3 : Appliquer la loi de conservation pour chaque type d atomes en commençant par le carbone, l hydrogène puis l oxygène ( s il y a d autres types d atomes, toujours finir par l oxygène ). Etape n 4 : Ecrire la valeur des coefficients devant chaque formule chimique au fur et à mesure. Exemple : Lors de la combustion complète du propane ( C 3 H 8 ), il se forme uniquement de l eau et du dioxyde de carbone Etape n 1 : propane + dioxygène eau + dioxyde de carbone Etape n 2 : 1 C 3 H 8 + O 2 H 2 O +...CO 2 Etape n 3: Il faut trouver le nombre devant chaque formule chimique des réactifs et des produits : pour cela, on applique le fait qu il y a les mêmes atomes en même nombre dans les réactifs et les produits en commençant par le carbone puis l hydrogène et en fin l oxygène. Etape n 4 Dans les réactifs, il y a 3 atomes de carbone donc il doit aussi y en avoir 3 dans les produits : en écrivant le chiffre 3 devant CO 2, je rétablis l équilibre, d où : C 3 H 8 + O 2 H 2 O + 3 CO 2 Dans les réactifs, il y a 8 atomes d hydrogène donc il doit aussi y en avoir 8 dans les produits : en écrivant le chiffre 4 devant H 2 O, je rétablis l équilibre ( car 4 x 2 égal 8 ), d où :

7 C 3 H 8 + O 2 4 H 2 O + 3 CO 2 Maintenant, comptons le nombre d atomes d oxygène dans les produits: dans 4 H 2 O, il y a 4 atomes d oxygène et dans 3 CO 2, il y a 6 atomes d oxygène, soit 10 atomes d oxygène au total dans les produits. Donc, il doit aussi y en avoir 10 dans les réactifs : en écrivant 5 devant O 2, je rétablis l équilibre ( car 5 x 2 égal 10 ), d où : C 3 H O 2 4 H 2 O + 3 CO 2 Souvent, dans les exercices, on donne la réaction chimique et il ne reste qu à appliquer les étapes 3 et 4. A toi de jouer dans les réactions chimiques cidessous. A toi de les équilibrer correctement! 2 CH O 2...CO +...H 2 O 2 C 4 H O 2...CO H 2 O 1 C 2 H 6 O +...O 2...CO H 2 O 2 CH O 2...CO +...H 2 O Nbre atomes de carbone C Dans les réactifs Dans les produits 2 1 = = = = 8 d hydrogène H 2 CH O 2 2 CO + 4 H 2 O 3 2 = = 6 d oxygène O 2 CH O 2 2 CO + 4 H 2 O 2 C 4 H O 2...CO H 2 O Dans les réactifs Dans les produits

8 Nbre atomes de carbone C 2 4 = = = = 20 d hydrogène H 2 C 4 H O 2 8 CO H 2 O 13 2 = = 26 d oxygène O 2 C 4 H O 2 8 CO H 2 O 1 C 2 H 6 O +...O 2...CO H 2 O Nbre atomes de carbone C Dans les réactifs Dans les produits 1 2 = = = = 6 d hydrogène H 1 C 2 H 6 O +...O 2 2 CO H 2 O = = 7 d oxygène O 1 C 2 H 6 O + 3 O 2 2 CO H 2 O